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1、 攀枝花学院专业课课程设计实验报告基于DSP的高速采样系统设计学生姓名： xxxx 学生学号： xxxxxxxxxxxxx 院（系）： xxxxxxxxxxxxxxx 年级专业： 电子信息工程x 指导教师： 二一三年十二月摘 要交流采样是电网进行微机保护的重要一步，交流采样方法的优劣直接影响到微机保护的效果。本系统应用DSP制作交流采样电路，使其实现高速、准确的交流采样，通过软件控制实现模拟微机保护跳闸功能。本文介绍了应用DSP实现对交流信号的采样硬件电路设计，论文总共分为四个部分。（1）介绍交流采样的基本结构，设计思路，并分析目前交流采样的几种方式；（2）通过对交流采样对象的分析，确定采样的
2、参数大小并设计基于F2812的采样电路；（3）运用CCS3.1利用设计的程序对采样电路进行试验，得出电路的误差并进行分析；（4）通过上述设计，能够完成对交流信号的采集、处理并将所需数值显示出来。满足设计要求。由于时间、水平有限，本系统没有实现与计算机的数据通信，将在日后工作与学习中进一步完善。关键词：交流采样，DSP,微机保护ABSTRACTThe exchange sampling is the electrical network carries on the microcomputer to protect importantly one step, the exchange sampl
3、ing methods protects fit and unfit quality immediate influence the effect which to the microcomputer. This system applies the DSP manufacture exchange sampling circuit, causes it to realize high speed, the accurate exchange sampling, realizes the simulation microcomputer protective trip function thr
4、ough the software control.This article introduced realizes using DSP to exchanges the signal sampling hardware circuit design, the paper altogether divides into four parts. (1) introduced that the exchange sampling the basic structure, the design mentality, and analyzes the present exchange sampling
5、 several ways; (2) through to exchanges the sampling object analysis, the definite samplings parameter size and designs based on the F2812 sampling circuit; (3) carries on the experiment using CCS3.1 using the design procedure to the sampling circuit, obtains electric circuits error and carries on t
6、he analysis; (4) through the above design, can complete to exchanges signal gathering, processing and will need the value to demonstrate, satisfies the design requirements.Because the time, the level are limited, this system has not realized with computers data communication, will be working in the
7、future and in the study further consummates.KEY WORDS: Exchange sampling, DSP, microcomputer protection3目 录第一章 绪 论11.1研究背景与意义11.2研究现状11.3课题的总体设计思路2第二章 交流采样系统的器件介绍32.1 DSP芯片介绍32.1.1 DSP的特点32.1.2 DSP TMS320 F2812芯片的技术指标42.1.3 DSP F2812开发板的管脚功能说明42.2 运算放大器LM324介绍62.2.1 LM324工作原理62.2.2 LM324的引脚、结构及其典型运用
8、82.3开关式稳压电源芯片LM2596介绍122.3.1 LM2596的特点132.3.2 LM2596的引脚及主要性能参数132.4 稳压芯片TL431介绍142.4.1 TL431工作原理152.4.2 TL431的引脚和其主要性能参数152.5 LED八段数码管显示器152.5.1 LED数码管的分类162.5.2数码管驱动方式162.5.3数码管的显示段码172.6 74LS164移位寄存器介绍182.6.1 74LS164工作原理182.6.2 74LS164的引脚及级联19第三章 基于DSP的交流采样系统硬件的总体设计方案203.1 硬件电路设计思路203.2 总体电路的布局203
9、.3 电流互感器、电压互感器电路的设计213.4运放电路的设计213.4.1 跟随电路223.4.2 二阶低通有源滤波电路223.4.3 偏置电路243.4.4 反相电路253.5 TL431 5V偏置电压产生电路的设计253.6 LM2596 5V电源的设计263.7 继电保护电路的设计273.8 合闸电路的设计273.9 数码管显示电路的设计283.10 系统软件的设计28第四章 系统的硬件调试和系统测试304.1 系统硬件的调试304.1.1 采样电路的调试304.1.2显示电路的调试304.1.3 继电保护电路的调试304.2调试过程中存在的问题及解决方法31结 束 语32参考文献33
10、34第一章 绪 论1.1研究背景与意义电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故，系统事故的发生，除了由于自然条件的因素以外，一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性意外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。继电保护装置到目前为止大部分都被电子元件或计算机
11、代替，在微机保护系统当中，交流采样装置是微机保护很重要的一部分，其采样精度直接影响到了微机保护的准确度。近几年来随着半导体技术的高速发展，各种种类的新型处理器相继问世，让开发运用在电力系统中的高速采样系统成为了可能。随着数字信号处理器（DSP）的不断普及，其优异的性能逐渐被人们所知，将DSP运用于电力系统的各个环节已经是一种趋势。本课题介绍的交流采样系统使用运算放大器和DSP对交流信号进行采样，具有实时性好、高准确高的优点，研究一种高实时性、高准确性的采样系统，对提高微机保护的性能至关重要，这是本课题研究的意义。1.2研究现状在电力系统的实际运行中，随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大使其结
12、构更加复杂，电网存在谐波，还会有各种顺势干扰，采用时间继电器、电流继电器、信号继电器等组成的采样系统，存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此本系统求取系统中交流参数采用软件代替硬件，进一步优化了交流采样系统，做到了简化硬件、提高实时性，并能快速、准确地采集各种电力参数，具有一定的应用价值。随着国家GDP快速增长，电力系统的供电负荷日益增大，对其稳定性的要求越来越高，对电网的建设的投入也相当的大，在厂矿企业中，对电的需求十分的大，供配电的稳定性直接与效益挂钩。随着微型计算机、DSP系统价格的逐步降低和技术的不断成熟，在工厂用电中，6.3kV、380V电压等级的继电保护设备也逐步向微机保护发展，基于DS
13、P的交流采样系统将大量运用于此类场合。1.3课题的总体设计思路本设计是一个交流电压、电流采样、继电保护系统。要求是明确该系统的基本构成，了解均方根算法等相关控制算法，熟悉DSP采样原理，完成采样电路硬件设计，实现交流采样。其设计要求如下：1） 用数码管显示当前线路的电压、电流和功率2） 电压峰值采样范围为0V-480V,电流峰值采样范围为0-7.07A。3） 当采样所得电流或电压超出设定范围时，继电器动作，切断负载线路。文章介绍了以DSP F2812为核心的交流采样系统的设计，该设计采用了两路AD转换器以同时检测电流与电压的大小，并在程序上进行监控。控制部分使用继电器切断线路。本系统由硬件设计
14、和软件变成构成，一下逐步对整个系统的软硬件作出介绍。第二章 交流采样系统的器件介绍2.1 DSP芯片介绍 我们通常所说的DSP有两个含义：其一是Digital Signal Processing的简称，是指数字信号处理技术，它不仅涉及许多学科，还广泛应用于多种领域。特别是20世纪60年代，随着计算机和信息技术的迅猛发展，进一步推动了数字信号处理技术的理论和应用领域的发展；DSP的第二个含义是 Digital Signal Processor的简称，即数字信号处理器，也称为DSP芯片，它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远超过通用微处理器。他是一种适合于数字信号处理的高性能微处理器。数字信号
15、处理其已经成为数字信号处理技术和实际运用之间的桥梁，并进一步促进了数字信号处理技术的发展，也极大地拓展了数字信号处理技术的应用领域。在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的功能日益强大，性能价格比不断提高，开发环境日臻完善，应用领域不断扩大。在步入数字化时代的进程中，数字信号处理器扮演着举足轻重的角色。2.1.1 DSP的特点为了实现快速的数字信号处理，DSP芯片一般都采用特殊的软硬件结构。TMS320系列DSP主要采取了哈佛结构、流水线技术、硬件乘法器和特殊DSP指令等。哈佛结构：哈佛结构是一种并行体系结构，主要特点是将程序和数据储存在不同的存储空间，对程序和独立编址，独立访问。而且在DSP内部设置了数据和程序两套总线，使得存取指令和执行能完全重叠运行，提高数据吞吐量。为了进一步提高速度和灵活性，TMS320系列产品中，在哈佛结构上作了改进，一是允许程序存储在高速缓存中，提高指令读取速
